荧光碳量子点传感器的设计及其对药物检测的研究
发布时间：2021-08-30 20:52
药物残留会给生态环境和人类健康造成威胁,因此建立快速、高效的分析检测方法具有重要意义。碳量子点是一种近年来受到广泛关注的单分散“零维”碳纳米材料,拥有优异的荧光特性、光学稳定性、水溶性、生物相容性等优势。相比较于常规的金属半导体量子点以及有机染料,“绿色”碳量子点的制备原料通常是可再生的生物质资源,由于其原料丰富、制备过程简单、光学性能出色且不涉及强酸及有机溶剂的使用,因此它具有极大的社会经济效益,并大规模的应用于各个生产领域当中。本文以碳量子点为基础制备荧光传感器,用于食品中药物残留的检测。其主要内容如下:首先,将生物质材料芒果皮通过水热合成法制备碳量子点并进一步改性。将所检测的硝磺草酮作为目标分子,利用3-氨丙基三乙氧基硅烷作为功能单体,加入正硅酸乙酯用于构建聚合结构,通过溶胶凝胶法一步制备得到具有特异性选择的荧光传感器。通过透射电子显微镜、X射线光电子能谱等对材料进行一系列表征。考察pH、激发波长、溶剂等条件对荧光传感器的光学性能的影响,并对其作用机理进行深入的研究。最后将荧光传感器应用到玉米样品中硝磺草酮的检测,线性范围为15-3000 nmol/L,检出限为4.7nmol/L...
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１食品中药物残留??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｄｒｕｇ?ｒｅｓｉｄｕｅｓ?ｉｎ?ｆｏｏｄ??
泳法［１３］等。色谱法以及质谱法通常需要对样品采取一系列的处理之后才能进行??有效分析，这些预处理的操作过程繁琐，大量使用有机溶剂并且所需时间较长。毛细管??电泳法和电化学传感器法尽管操作过程简便，能够实现快速检测，然而仍然具有灵敏度??偏低，重复性较差等问题，严重影响了测试结果的准确性和可靠性。??１．２碳量子点??１．２．１碳量子点的简介??碳量子点（ＣＱＤｓ），也被叫作碳点、碳纳米晶和碳纳米点，是一种单分散的零维纳??米材料，通常其尺寸从几到几十纳米不等，形状近乎呈准球形。如图１－２所示，ＣＱＤｓ??是由无定形或纳米晶体结构的ｓｐ２／ｓｐ３碳核和外层的含０／Ｎ官能团组成［１４］。许多相关报??道表明，可以利用添加其它的杂元素原子以及有机官能团等目的性的优化ＣＱＤｓ的空间??结构和物理化学性能。ＣＱＤｓ由于其独特的结构导致具有许多特性，包括：光致发光、??光稳定性、生物相容性以及上转换荧光发射等［力。??ｉｉ＿??图１－２?ＣＱＤｓ的示意图［１６】??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＣＱＤｓ［１６］??（１）光致发光??光致发光是ＣＱＤｓ的最常见的光学特征之一ｔｍ，指所制备的ＣＱＤｓ的荧光发射峰最??强位置处的荧光强度与所选激发波长具有较大相关性，这可能是由于ＣＱＤｓ表面上发射??点的数量或分布的不同以及粒径差异造成的。??（２）光稳定性??在连续激发光激发下，传统荧光材料极易产生光漂白的现象，因而在很大程度上限??制了其在生物标记和生物成像中的应用。相反，即使在用氙灯或激光连续照射的状态??下，ＣＱＤｓ荧光稳定并且没有光闪烁，所以它们更适合于长期生物标记和成像实验。??（３）上
硫脲和柠檬酸获得的Ｎ－ＣＱＤｓ作为增感剂固定在Ｔｉ〇２上。??以此制备了具有高效异质结构的纳米复合材料用于改善Ｃ〇２的光还原活性。在纳米复合??材料内形成了?Ｎ－ＣＱＤｓ和Ｔｉ０２纳米片之间紧密集成的界面，给电荷的分散和转移提供??了高效的通道。与原始Ｔｉ〇２相比，光电转换性能明显增强。??１．２．２碳量子点的制备方法??ＣＱＤｓ的合成研究中，越来越多方便、迅速、绿色经济的方法被开发出来。依据选??择的原料以及机理不同大致可以划分为“自上而下”以及“自下而上”两种方式路线則。如??图１－３所示，“自上而下”的方法，是指利用碳的前驱体，例如：碳纳米管、石墨烯、碳??棒等富碳原料，通过激光剥蚀、电弧法或等离子体处理等方式得到纳米碳点，在通过表??面钝化的方式使其发光。相对而言，“自下而上”就是利用分子量较小的有机材料作为前??驱体，利用水热法、微波法等高温高压的方法以及热裂解、化学氧化等氧化的方式来得??到所需碳点。??Ｔｏｐ－ｄｏｗｎ?ｍｅｔｈｏｄｓ?黎黎??Ｇｒａｐｈｉｔｅ?Ｇｒａｐｈｅｎｅ?ｏｘｉｄｅ?（ＧＯ）?ＧＯ?ｎａｎｏｓｈｅｅｔｓ?ＧＱＤｓ??Ｂｏｔｔｏｎｖｕｐ?ｍｅｔｈｏｄｓ??ｉＨｐ＇?＇费卷．??Ｓｉｎａｌｌ－ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ?Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ?ＧＱＤｓ??图１－３?ＣＱＤｓ的合成方法示意图［２１］??Ｆｉｇ．?１－３?Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ＣＱＤｓ［２１］??－３?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]磺胺嘧啶分子印迹电化学传感器的制备及其快速检测食品中磺胺嘧啶药物残留[J]. 赵玲钰,秦思楠,高林,高文惠. 食品科学. 2018(22)
[2]水热法制备的荧光碳量子点[J]. 王莉,吕婷,阮枫萍,邓德刚,徐时清. 发光学报. 2014(06)
[3]一步微波法合成碳点及其荧光性质研究[J]. 王珊珊,米渭清,朱红,王芳辉. 光谱学与光谱分析. 2012(10)
[4]液相色谱-四极杆/离子阱质谱快速测定蜂蜜中痕量硝基咪唑类药物及其代谢物残留[J]. 张鸿伟,简慧敏,林黎明,陈亮珍,梁成珠,袁涛,汤志旭,蔡雪,秦良勇. 分析测试学报. 2012(07)
博士论文
[1]掺氮碳量子点的荧光可调机理探讨及离子检测应用[D]. 方黎洋.中国石油大学(华东) 2017
硕士论文
[1]固相微萃取—内部萃取电喷雾电离质谱法检测环境水药物残留的研究[D]. 寇伟.吉林大学 2019
[2]基于分子印迹—流动注射化学发光传感器检测硝基咪唑类物质[D]. 谭利.重庆师范大学 2018
[3]比率荧光传感体系的构建及其在快速检测方面的应用[D]. 刘雯.山东师范大学 2018
[4]新型功能碳量子点的合成及其荧光分析应用[D]. 刘凤娟.曲阜师范大学 2018
[5]新型水溶性荧光碳量子点的制备、性质及其应用研究[D]. 范雨竹.西南大学 2017
[6]碳量子点的发光机理及其在药物分析中的应用研究[D]. 刘泽栖.西南大学 2017
[7]限进材料的制备及其在药物分析中的应用[D]. 魏缠玲.宁夏大学 2017
[8]对位取代基对稀土—苯甲酸配合物发光性质影响的定量研究[D]. 吕晋茹.湖南科技大学 2012
[9]分子印迹介孔硅胶材料与限进材料的合成、评价及应用[D]. 闫帅磊.河北大学 2012
本文编号：3373486
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１食品中药物残留??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｄｒｕｇ?ｒｅｓｉｄｕｅｓ?ｉｎ?ｆｏｏｄ??
泳法［１３］等。色谱法以及质谱法通常需要对样品采取一系列的处理之后才能进行??有效分析，这些预处理的操作过程繁琐，大量使用有机溶剂并且所需时间较长。毛细管??电泳法和电化学传感器法尽管操作过程简便，能够实现快速检测，然而仍然具有灵敏度??偏低，重复性较差等问题，严重影响了测试结果的准确性和可靠性。??１．２碳量子点??１．２．１碳量子点的简介??碳量子点（ＣＱＤｓ），也被叫作碳点、碳纳米晶和碳纳米点，是一种单分散的零维纳??米材料，通常其尺寸从几到几十纳米不等，形状近乎呈准球形。如图１－２所示，ＣＱＤｓ??是由无定形或纳米晶体结构的ｓｐ２／ｓｐ３碳核和外层的含０／Ｎ官能团组成［１４］。许多相关报??道表明，可以利用添加其它的杂元素原子以及有机官能团等目的性的优化ＣＱＤｓ的空间??结构和物理化学性能。ＣＱＤｓ由于其独特的结构导致具有许多特性，包括：光致发光、??光稳定性、生物相容性以及上转换荧光发射等［力。??ｉｉ＿??图１－２?ＣＱＤｓ的示意图［１６】??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＣＱＤｓ［１６］??（１）光致发光??光致发光是ＣＱＤｓ的最常见的光学特征之一ｔｍ，指所制备的ＣＱＤｓ的荧光发射峰最??强位置处的荧光强度与所选激发波长具有较大相关性，这可能是由于ＣＱＤｓ表面上发射??点的数量或分布的不同以及粒径差异造成的。??（２）光稳定性??在连续激发光激发下，传统荧光材料极易产生光漂白的现象，因而在很大程度上限??制了其在生物标记和生物成像中的应用。相反，即使在用氙灯或激光连续照射的状态??下，ＣＱＤｓ荧光稳定并且没有光闪烁，所以它们更适合于长期生物标记和成像实验。??（３）上
硫脲和柠檬酸获得的Ｎ－ＣＱＤｓ作为增感剂固定在Ｔｉ〇２上。??以此制备了具有高效异质结构的纳米复合材料用于改善Ｃ〇２的光还原活性。在纳米复合??材料内形成了?Ｎ－ＣＱＤｓ和Ｔｉ０２纳米片之间紧密集成的界面，给电荷的分散和转移提供??了高效的通道。与原始Ｔｉ〇２相比，光电转换性能明显增强。??１．２．２碳量子点的制备方法??ＣＱＤｓ的合成研究中，越来越多方便、迅速、绿色经济的方法被开发出来。依据选??择的原料以及机理不同大致可以划分为“自上而下”以及“自下而上”两种方式路线則。如??图１－３所示，“自上而下”的方法，是指利用碳的前驱体，例如：碳纳米管、石墨烯、碳??棒等富碳原料，通过激光剥蚀、电弧法或等离子体处理等方式得到纳米碳点，在通过表??面钝化的方式使其发光。相对而言，“自下而上”就是利用分子量较小的有机材料作为前??驱体，利用水热法、微波法等高温高压的方法以及热裂解、化学氧化等氧化的方式来得??到所需碳点。??Ｔｏｐ－ｄｏｗｎ?ｍｅｔｈｏｄｓ?黎黎??Ｇｒａｐｈｉｔｅ?Ｇｒａｐｈｅｎｅ?ｏｘｉｄｅ?（ＧＯ）?ＧＯ?ｎａｎｏｓｈｅｅｔｓ?ＧＱＤｓ??Ｂｏｔｔｏｎｖｕｐ?ｍｅｔｈｏｄｓ??ｉＨｐ＇?＇费卷．??Ｓｉｎａｌｌ－ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ?Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ?ＧＱＤｓ??图１－３?ＣＱＤｓ的合成方法示意图［２１］??Ｆｉｇ．?１－３?Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ＣＱＤｓ［２１］??－３?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]磺胺嘧啶分子印迹电化学传感器的制备及其快速检测食品中磺胺嘧啶药物残留[J]. 赵玲钰,秦思楠,高林,高文惠. 食品科学. 2018(22)
[2]水热法制备的荧光碳量子点[J]. 王莉,吕婷,阮枫萍,邓德刚,徐时清. 发光学报. 2014(06)
[3]一步微波法合成碳点及其荧光性质研究[J]. 王珊珊,米渭清,朱红,王芳辉. 光谱学与光谱分析. 2012(10)
[4]液相色谱-四极杆/离子阱质谱快速测定蜂蜜中痕量硝基咪唑类药物及其代谢物残留[J]. 张鸿伟,简慧敏,林黎明,陈亮珍,梁成珠,袁涛,汤志旭,蔡雪,秦良勇. 分析测试学报. 2012(07)
博士论文
[1]掺氮碳量子点的荧光可调机理探讨及离子检测应用[D]. 方黎洋.中国石油大学(华东) 2017
硕士论文
[1]固相微萃取—内部萃取电喷雾电离质谱法检测环境水药物残留的研究[D]. 寇伟.吉林大学 2019
[2]基于分子印迹—流动注射化学发光传感器检测硝基咪唑类物质[D]. 谭利.重庆师范大学 2018
[3]比率荧光传感体系的构建及其在快速检测方面的应用[D]. 刘雯.山东师范大学 2018
[4]新型功能碳量子点的合成及其荧光分析应用[D]. 刘凤娟.曲阜师范大学 2018
[5]新型水溶性荧光碳量子点的制备、性质及其应用研究[D]. 范雨竹.西南大学 2017
[6]碳量子点的发光机理及其在药物分析中的应用研究[D]. 刘泽栖.西南大学 2017
[7]限进材料的制备及其在药物分析中的应用[D]. 魏缠玲.宁夏大学 2017
[8]对位取代基对稀土—苯甲酸配合物发光性质影响的定量研究[D]. 吕晋茹.湖南科技大学 2012
[9]分子印迹介孔硅胶材料与限进材料的合成、评价及应用[D]. 闫帅磊.河北大学 2012
本文编号：3373486
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